實驗十六 用雙縫干涉測量光的波長 1 實驗原理單色光通過單縫后 經雙縫產生穩(wěn)定的干涉圖樣 圖樣中相鄰兩條亮 暗 紋間距 x與雙縫間距d 雙縫到屏的距離l 單 色光的波長 之間滿足 d xl 2 實驗步驟 1 觀察干涉條紋 將光源 遮光筒 毛玻璃屏依次安放在光具座上 如圖 S16 1所示 圖S16 1 接好光源 打開開關 使燈絲正常發(fā)光 調節(jié)各器件的高度 使光源發(fā)出的光能沿軸線到達光屏 安裝雙縫和單縫 中心大致位于遮光筒的軸線上 使雙縫與單縫的縫 二者間距約5 10cm 這時 可觀察 白光的干涉條紋 平行 濾光片 在單縫和光源間放上 觀察單色光的干涉條紋 2 測定單色光的波長 安裝測量頭 調節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋 使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央 記下手輪上的讀數(shù)a1 將該條紋記為第1條亮條紋 轉動手輪 使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央 記下此時手輪上的讀數(shù)a2 將該條紋記為第n條亮條紋 用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l d是已知的 改變雙縫間的距離d 雙縫到屏的距離l 重復測量 3 數(shù)據(jù)處理 1 條紋間距 x 3 計算多組數(shù)據(jù) 求 的平均值 4 注意事項 中心軸線 1 安裝時 注意調節(jié)光源 濾光片 單縫 雙縫的中心均在遮光筒的 上 并使單縫 雙縫平行且間距適當 2 光源燈絲最好為線狀燈絲 并與單縫平行且靠近 3 調節(jié)的基本依據(jù)是 照在光屏上的光很弱 主要原因是燈絲與單縫 雙縫 測量頭與遮光筒不共軸所致 干涉條紋不清晰的一般原因是單縫與雙縫不平行 故應正確調節(jié) 考點1 實驗原理與實驗操作 典題1 現(xiàn)有毛玻璃屏A 雙縫B 白光光源C 單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件 要把它們放在如圖S16 2所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置 用以測量紅光的波長 圖S16 2 1 將白光光源C放在光具座最左端 依次放置其他光學元件 由左至右 表示各光學元件的字母排列順序應為C A 2 本實驗的步驟有 取下遮光筒左側的元件 調節(jié)光源高度 使光束能沿遮 光筒的軸線把屏照亮 按合理的順序在光具座上放置各光學元件 并使各元件 的中心位于遮光筒的軸線上 用刻度尺測量雙縫到屏的距離 用測量頭 其讀數(shù)方法同螺旋測微器 測量數(shù)條亮條紋間 的距離 在操作步驟 時還應注意 和 解析 1 濾光片E可以從白光中選出單色紅光 單縫D是獲取線光源 雙縫B是獲得相干光源 最后成像在毛玻璃屏A上 所以排列順序為 C E D B A 2 在操作步驟 時應注意的事項有 放置單縫 雙縫時 必須使縫平行 單縫 雙縫間的距離要適當 要保證光源 濾光片 單縫 雙縫和光屏的中心在同一軸線上 答案 1 E DB 單縫 雙縫間的距 2 放置單縫 雙縫時 必須使縫平行離要適當 考點2 實驗數(shù)據(jù)的處理 典題2 在 用雙縫干涉測光的波長 實驗中 將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上 如圖S16 3甲所示 并選用縫間距d 0 2mm的雙縫屏 從儀器注明的規(guī)格可知 像屏與雙縫屏間的距離l 700mm 然后 接通電源使光源正常工作 甲 乙 丙 圖S16 3 1 已知測量頭主尺的最小刻度是毫米 副尺上有50個分度 某同學調整手輪后 從測量頭的目鏡看去 第一次映入眼簾的干涉條紋如圖乙 a 所示 圖乙 a 中的數(shù)字是該同學給各暗紋的編號 此時圖乙 b 中游標卡尺上的讀數(shù)x1 1 16mm 接著再轉動手輪 映入眼簾的干涉條紋如圖丙 a 所示 此時圖丙 b 中游標卡尺上的讀數(shù)x2 mm 2 利用上述測量結果 經計算可得兩個相鄰明條紋 或暗條紋 間的距離 x mm 這種色光的波長 nm 解析 1 由游標卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知 x2 15 0 1 0 02 mm 15 02mm 2 圖乙 a 中暗條紋與圖丙 a 中暗條紋間的間 6 6 102nm 答案 1 15 02 2 2 31 6 6 102 考點3 實驗誤差的分析 典題3 在 用雙縫干涉測光的波長 實驗中 實驗裝置如圖S16 4所示 圖S16 4 1 某同學以線狀白熾燈為光源 對實驗裝置進行調節(jié)并觀察了實驗現(xiàn)象后 總結出以下幾點 A 燈絲與單縫和雙縫必須平行放置B 干涉條紋與雙縫垂直C 干涉條紋的疏密程度與單縫寬度有關D 干涉條紋的間距與光的波長有關以上幾點中 你認為正確的是 2 當測量頭中的分劃板中心刻線對齊某條紋的中心時 手輪上的示數(shù)如圖S16 5甲所示 該讀數(shù)為 mm 甲 乙 圖S16 5 3 如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上 如圖乙所示 則在這種情況下來測量干涉條紋的間距 x時 測量值 填 大于 小于 或 等于 實際值 解析 1 為了獲得清晰的干涉條紋 A正確 由干涉現(xiàn)象可 寬度無關 C錯誤 D正確 2 手輪的讀數(shù)為 0 5mm 20 0 0 01mm 0 700mm 3 條紋與分劃板不平行時 實際值 x實 x測cos 為條 紋與分劃板間的夾角 故 x實 x測 答案 1 AD 2 0 700 3 大于 可以利用激光或反射光作為相干光源 操作簡單 實驗容 易成功 考向1 利用激光作為相干光源 典題4 2017年上海靜安區(qū)高三質檢 如圖S16 6所示是用激光器 縫間距可調節(jié)的雙縫屏 光屏等器材研究光的干涉現(xiàn)象的裝置 圖S16 6 實驗中用激光照射雙縫 其目的是產生 相同的兩束光 為了增大光屏上干涉條紋的間距 只調節(jié)雙縫間隙 s 其他條件不變 應使 s 填 增大 或 減小 如果將紅光換為紫光 其他條件不變 光屏上干涉條紋的間距將 填 增大 或 減小 解析 實驗中用激光照射雙縫的作用是形成頻率相同的相的間距 應使雙縫間距離 s減小 如果僅將紅光激光器換為紫光激光器 其他條件都不變 則光屏上干涉條紋的間距減小 答案 頻率 減小 減小 考向2 利用反射光作為相干光源 典題5 1801年 托馬斯 楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質 1834年 洛埃利用平面鏡同樣得到了楊氏干涉的結果 稱為洛埃鏡實驗 1 洛埃鏡實驗的基本裝置如圖S16 7所示 S為單色光源 M為平面鏡 試用平面鏡成像作圖法畫出S經平面鏡反射后的光與直接發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域 圖S16 7 2 設光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和l 光的波長為 在光屏上形成干涉條紋 寫出相鄰兩條亮條紋 或暗條紋 間距離 x的表達式 解 1 先作出S經平面鏡的像點S 然后作出S經平面鏡成像的邊界光線 其重疊區(qū)域如圖S16 8所示 圖S16 8 2 由圖S16 8可知d 2a 所以由干涉條紋間距公式得 x l2a